复杂地形下“绿-灰-蓝”系统的防涝协同与优化

Synergy and optimization of the "green-grey-blue" system for urban waterlogging management in complex terrains

摘要

为解决滨江丘陵城市源头径流冲击与末端排水顶托的复合型内涝难题，以“绿-灰-蓝”多设施协同为手段，构建并优化了一套综合治理方案。该方案运用多目标优化算法，科学配置下沉式绿地等“绿色”设施规模，以平衡成本与源头控制效益，并实施“灰-蓝”改造，将排水管网与公园水体衔接，以增强末端调蓄能力。结果表明，“绿-灰-蓝”系统方案展现出显著协同效应。在 10～50 a 一遇暴雨情景下，其内涝总面积削减率在 47.49%～55.26%，较单一低影响开发（low-impact development，LID）方案高 3.45%～7.75%，且对高风险区削减效果突出，在 10 a 一遇情景下可完全消除高风险区，在 50 a 一遇极端情景下削减率为 77.42%，亦远高于单一方案的 62.04%。优化模型同时揭示了设施投入与效益间的边际递减关系。该研究证实了系统化协同治理的优越性，并为实现经济与水文效益的平衡提供了优化路径。

Abstract

This study aims to develop and optimize a "green-grey-blue" synergistic governance scheme to address the compound waterlogging issue of source runoff impact and terminal drainage backwater in riverbank hilly cities. To balance costs and source control benefits, the scheme uses a multi-objective optimization algorithm to scientifically configure the scale of "green" facilities, such as sunken green spaces. It implements "grey-blue" retrofitting by connecting drainage pipe networks with urban park water bodies to increase terminal storage capacity. The findings demonstrate the substantial synergistic effects of the "green-grey-blue" systematic scheme. The overall waterlogging area reduction rate ranges from 47.49% to 55.26% under rainstorm scenarios with return periods of 10 to 50 years, which is 3.45% to 7.75% higher than that of the single low-impact development (LID) scheme. The reduction effect on high-risk areas is especially noticeable: under the 10-year return period scenario, the high-risk areas can be totally eliminated, and under the extreme 50-year return period scenario, the reduction rate reaches 77.42%, which is also significantly higher than the single scheme's 62.04%. The optimization model also shows a diminishing marginal return relationship between facility investment and benefits. This study demonstrates the superiority of systematic synergistic governance and proposes an optimal path for balancing economic and hydrological benefits.

关键词

城市内涝 / “绿-灰-蓝”系统 / 海绵城市 / 多目标优化 / 滨江丘陵城市

Key words

urban waterlogging / "green-grey-blue" system / sponge city / multi-objective optimization / riverside hilly city

参考文献

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基金资助

国家自然科学基金项目(52509024)

国家自然科学基金项目(52179018)

国家自然科学基金项目(42471030)

国家重点研发计划专题项目(2022YFC3203902-3)